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为解决氨污染及传统氨处理技术的局限，研究人员开展氨电氧化反应（AEOR）主题研究。合成铂 - 氧化铁磁性纳米颗粒（Pt - MNP）并施加交变磁场（AMF），结果显示该方法显著提升 AEOR 效率与稳定性，为环境修复和能源应用提供新途径。
在全球生态环境的大舞台上，氮循环正面临着严峻的挑战。大量含氮污染物肆意排放，导致氮循环严重失衡，其中氨氮（
NH4?N）更是 “罪魁祸首”。生活污水、工业废水以及农业径流中源源不断涌出的氨氮，如同一股股 “黑色洪流”，无情地侵蚀着自然水体。氨氮的过量存在使得水体富营养化加剧，水中溶解氧含量急剧下降，众多水生生物的生存受到严重威胁，整个生态平衡摇摇欲坠。
传统的污水处理技术，如生物处理、折点氯化和空气吹脱等，在应对氨污染时逐渐显得力不从心。此时，电化学氧化技术凭借操作简便、成本效益高以及对有毒污染物耐受性强等优势，崭露头角，成为解决氨污染问题的 “希望之星”。其中，直接电氧化法能够借助催化剂，将氨直接转化为无害的氮气（N2）和氢气（H2），理论上仅需 0.06 V 的外部能量，相比水电解所需的 1.23 V 大幅降低，在能源利用上极具潜力。不仅如此，氨作为潜在的燃料电池燃料，拥有 17.6 wt% 的高氢含量，分解时不释放二氧化碳（CO2），能量密度高达 3000 Wh/kg ，展现出了巨大的应用前景。
然而，铂（Pt）作为氨电氧化反应（AEOR）的理想催化剂，却有着 “致命弱点”。在反应过程中，它容易受到Nads中毒和NOx吸附物的影响，导致催化活性随着时间的推移而逐渐降低，极大地限制了其在实际中的应用。为了突破这一困境，研究人员一直在不懈探索，尝试通过缺陷工程、相转变和掺杂等方法来改进催化剂，但效果并不理想。
在这样的背景下，来自国外的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们将目光聚焦在磁电催化领域，试图借助磁场的力量，为氨电氧化反应带来新的转机。研究人员精心合成了铂 - 氧化铁磁性纳米颗粒（Pt - MNP），并巧妙地将其负载在碳布（CC）电极上，同时施加交变磁场（AMF），利用磁电催化的协同作用，开启了对氨电氧化反应的深入探究。
研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。首先，采用化学还原法和共沉淀法分别成功制备了铂纳米颗粒和氧化铁磁性纳米颗粒，并通过物理混合的方式得到 Pt - MNP 。接着，运用 X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及扫描透射电子显微镜 - 能量色散谱（STEM - EDS）等多种表征技术，对合成材料的结构、形貌和元素分布进行了详细分析。在电化学性能测试方面，利用循环伏安法（CV）和计时电流法（CA），在三电极电化学体系中，研究不同条件下催化剂的氨电氧化性能。
物理表征
XRD 分析表明，合成的 Pt 呈现出典型的面心立方（FCC）结构特征峰，而 MNP 的衍射峰与磁赤铁矿（γ?Fe2O3）或磁铁矿（Fe3O4）相匹配，但无法确定其主要成分。TEM 图像清晰地显示出 MNP 平均尺寸约为 21 nm ，Pt 纳米颗粒平均尺寸约为 8 nm ，二者形成的复合体系保留了各自的特性。STEM - EDS 分析进一步证实了 Pt 纳米颗粒与 MNPs 紧密接触且均匀分布在 MNPs 表面。SEM 图像则展示了 Pt - MNP 在碳布上的良好分散状态，以及碳布纤维与复合体系之间的有效结合，这对于提高催化剂的表面积和催化性能至关重要。
电化学研究
循环伏安法研究发现，在 1 mol/L NaOH溶液中，Pt/CC 和 Pt - MNP/CC 的氢吸附 / 脱附峰均不明显。这是由于纳米颗粒直接沉积在碳布电极上，导致表面结构无序，影响了峰的清晰度。而在含有 0.5 mol/L NH4OH的 1 mol/L NaOH溶液中，随着 AMF 强度的增加，Pt - MNP/CC 催化剂的氨电氧化反应（AEOR）峰电流密度显著提高。例如，无 AMF 时峰电流为 2.62 A/g Pt ，当 AMF 强度达到 133.5 mT 时，峰电流飙升至 5.43 A/g Pt ，增幅超过一倍。同时，较高的 AMF 振幅使 AEOR 的起始电位向更负的方向移动，降低了过电位，改善了反应的热力学条件。连续十个 CV 循环测试表明，Pt - MNP/CC 催化剂在磁电催化条件下具有出色的稳定性，其电活性表面积、起始电位和电流密度在循环过程中变化极小。
计时电流法实验结果显示，在不同 AMF 振幅下，电流变化呈现出明显的规律。当 AMF 开启后，最初 40 s 内电流迅速增加，这主要归因于 AMF 作用下氧化铁磁性纳米颗粒通过 Néel 弛豫机制产生的局部热效应，加速了氨在铂纳米颗粒表面的氧化反应。随着反应的进行，氨分子在电极表面的浓度逐渐降低，扩散过程成为反应的限速步骤，电流增加趋势变缓。对比实验发现，Pt/CC 在 AMF 下的电流增强效果远不如 Pt - MNP/CC ，表明 Pt - MNP/CC 中 AMF 的增强作用主要源于磁性加热的 MNP 与催化 Pt 位点之间的纳米级热耦合，而非单纯的磁场效应。
这项研究成果意义重大。研究表明，铂 - 氧化铁纳米颗粒（Pt - MNP）在交变磁场（AMF）的作用下，通过磁电催化协同机制，能够显著增强氨电氧化反应的效率和稳定性。与传统方法相比，该方法具有明显的优势，为氨污染治理和可持续能源转换提供了全新的策略和途径。这一研究成果发表在《Applied Catalysis O: Open》上，为磁电催化领域的发展注入了新的活力，有望推动相关技术在环境修复和能源领域的广泛应用，助力实现更加清洁、可持续的未来。
